DE4334811A1 - Positionserfassungsvorrichtung an einem Linearantrieb - Google Patents
Positionserfassungsvorrichtung an einem LinearantriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine auf Ultraschallbasis arbeitende
Positionserfassungsvorrichtung an einem Linearantrieb, zur
Erfassung der Axialposition eines im Gehäuse eines Linearantriebes
axial beweglich angeordneten Antriebselementes, mit einer im
radialen Umfangsbereich des Antriebselementes gehäusefest an
geordneten Sensoreinrichtung, die einen sich in Längsrichtung
des Gehäuses erstreckenden Schallwellenleiter aus für Magneto
striktion geeignetem Material aufweist, der mit einer Auswerte
einrichtung kommuniziert, und mit einer einen Permanentmagneten
enthaltenden Magnetanordnung, die innerhalb des Gehäuses derart
mit dem Antriebselement verbunden ist, daß ihr Magnetfeld auf
den momentan radial benachbarten Bereich des Schallwellenleiters
einwirkt.
Auf Ultraschallbasis arbeitende Positionserfassungsvorrichtungen
gehören als solche zum Stand der Technik, ihr Arbeitsprinzip
ist z. B. in der US 3 898 555 beschrieben. Beim dortigen Aus
führungsbespiel enthält das Meßsystem einen Draht, der kon
zentrisch in einem Röhrchen, dem sogenannten Schallwellenleiter,
angeordnet ist, der aus magnetostriktivem Material besteht.
Das Teil, dessen Position detektiert werden soll, ist mit
einem Permanentmagneten verbunden, der sich längs des Schall
wellenleiters bewegen kann. Ein durch den Draht hindurchge
schickter kurzer Stromstoß erzeugt ein wanderndes Magnet
feld, das lokal vom Magnetfeld des Permanentmagneten über
lagert wird, so daß der Schallwellenleiter infolge Magneto
striktion eine mechanische Verspannung erfährt. Dadurch wird
auf dem Schallwellenleiter eine Torsionswelle ausgelöst, die
sich mit Schallgeschwindigkeit fortsetzt und am Ende des Schall
wellenleiters in elektrische Impulse umgesetzt wird. Die Zeit
zwischen dem Auftreten dieser elektrischen Impulse und dem an
fänglichen Stromimpuls ermöglicht die Positionsbestimmung.
Ein mit einer solchen Positionserfassungsvorrichtung ausge
statteter Linearantrieb geht aus der EP 0 498 918 A1 hervor.
Der Linearantrieb ist ein Arbeitszylinder, dessen vom Kolben
gebildetes Antriebselement eine permanentmagnetische Magnet
anordnung trägt, die von zwei beabstandeten Stabmagneten oder
von einem Hufeisenmagneten gebildet ist. Die Anordnung ist
so getroffen, daß zueinander beabstandete Polflächen radial
orientiert sind und die austretenden Feldlinien unmittelbar
auf den Schallwellenleiter gerichtet sind.
Die Auslegung der bekannten Magnetanordnung erfordert ziem
lichen Aufwand. Nur dann, wenn das den Schallwellenleiter
treffende Magnetfeld gewissen Kriterien hinsichtlich Dichte
und Verlauf entspricht, ist eine zuverlässige Messung mit ver
nachlässigbarem Meßfehler möglich. Es bedarf daher bei unter
schiedlichen Einsatzbedingungen - beispielsweise bei Einsätzen
an Arbeitszylindern unterschiedlicher Größe - von Fall zu Fall
bestimmt ausgewählter und angeordneter Permanentmagnetteile.
Eine derart erfolgende Auslegung ist relativ umständlich, zeit
aufwendig und wegen der Vielzahl unterschiedlicher Permanent
magnetteile relativ teuer.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positions
erfassungsvorrichtung für den Einsatz an einem Linearantrieb
gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ein
facherer und kostengünstigerer Auslegung der Magnetanordnung
eine zuverlässige Positionsbestimmung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Permanentmagnet der
Magnetanordnung als axial polarisiertes, ring- oder scheiben
förmiges Magnetteil ausgebildet ist, das so mit dem Antriebs
element verbunden ist, daß seine beiden Polflächen axial aus
gerichtet sind, und daß die Magnetanordnung ferner ein koaxial
neben einer der Polflächen des Magnetteils angeordnetes, ring-
oder scheibenförmiges Polteil umfaßt.
Auf diese Weise läßt sich bereits mit einem einzigen Permanent
magnetteil ein Magnetfeld mit einem Feldlinienverlauf schaffen,
der eine zuverlässig und exakt auswertbare Betätigung der Sensor
einrichtung ermöglicht. Als Magnetteil kann ein standardisiertes
Teil verwendet werden, das sich bei unterschiedlichen Einsatz
bedingungen verwenden läßt. Die spezielle Anpassung an den je
weiligen Einsatzzweck erfolgt über das axial vorgeschaltete
Polteil, das relativ preisgünstig ist, da es sich beispiels
weise um ein einfaches ferromagnetisches Bauteil in Gestalt
einer Stahlscheibe oder eines Stahlringes handeln kann. Die an
der dem Polteil zugewandten Polfläche des ring- oder scheiben
förmigen Magnetteils axial aus- oder eintretenden Feldlinien
erfahren in dem Polteil eine Umlenkung, wobei durch die Ausge
staltung des Polteils der die Sensoreinrichtung erreichende
Feldlinienanteil z. B. in Verlauf und Dichte wunschgemäß beein
flußt werden kann. Es bereitet keine Probleme, einen vorteil
haft steilen Gradienten der Feldstärke einzustellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen aufgeführt.
Obwohl die Magnetanordnung in bezug auf die Anzahl der Magnet
teile und der Polteile prinzipiell keinen Beschränkungen unter
liegt, wird außer einer Magnetanordnung, die lediglich ein
einziges Magnetteil und ein einziges Polteil umfaßt, vor allem
eine solche Magnetanordnung als vorteilhaft angesehen, die ein
einziges Polteil und zwei Magnetteile enthält, wobei das Pol
teil an axial entgegengesetzten Seiten jeweils von einem der
axial polarisierten ring- oder scheibenförmigen Permantmagnet
teile flankiert wird. Die Ausrichtung trifft man in diesem Falle
vorzugsweise derart, daß sich Polflächen gleichnamiger Polari
sierung gegenüberliegen. Auf diese Weise wird der magnetische
Fluß beider Magnetteile in dem Polteil konzentriert radial
nach außen gelenkt.
Wie sich gezeigt hat, liefert eine Magnetanordnung mit einem
Polteil für die Auswertung ein Signal, das wesentlich weniger
stark von Abstandsschwankungen zwischen der Magnetanordnung
und dem Schallwellenleiter abhängt als bei einer polscheiben
losen Magnetanordnung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die den Schallwellen
leiter umfassende Sensoreinrichtung, die sich längsseits neben
dem das Antriebselement aufnehmenden Gehäuseraum erstreckt,
in einer kanalartigen Aufnahme untergebracht, die in die Ge
häusewand des Linearantriebes integriert ist. Hierdurch ist
gewährleistet, daß bei der Montage der Sensoreinrichtung auto
matisch der gewünschte exakte Abstand zur Magnetanordnung des
Antriebsteils eingehalten wird. Die Montage und Ausrichtung
ist also im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die Sensor
einrichtung an der Außenseite des Zylindergehäuses angeordnet
ist, erheblich vereinfacht. Auch ist es möglich, radial sehr
nahe an den das Antriebselement aufnehmenden Gehäuseraum her
anzurücken, so daß man schwächere und damit kostengünstigere
Magnetteile verwenden kann. Diese Ausgestaltung ist im übrigen
nicht nur bei der erfindungsgemäßen Magnetanordnung von Vorteil,
sondern läßt sich auch im Zusammenhang mit auf beliebige andere
Weise ausgestalteten Magnetanordnungen einsetzten, beispiels
weise derjenigen, die in der EP 0 498 918 A1 beschrieben ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich
nung näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 einen mit einer ersten Bauform der erfindungs
gemäßen Positionserfassungsvorrichtung ausge
statteten Linearantrieb im Längsschnitt gemäß
Schnittlinie I-I aus Fig. 2,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Linearantrieb aus
Fig. 1 gemäß Schnittlinie II-II, und
Fig. 3 ein vergrößertes Detail des Linearantriebes
aus Fig. 1 im Bereich der Magnetanordnung, wo
bei strichpunktiert die optionale Verwendung
eines zweiten Magnetteils angedeutet ist.
Bei dem abgebildeten Linearantrieb 1 handelt es sich um einen
fluidisch und vorzugsweise pneumatisch angetriebenen Arbeits
zylinder. Er hat ein Gehäuse 2, in dem ein länglicher Gehäuse
raum 3 ausgebildet ist, der ein beim Ausführungsbeispiel von
einem Kolben gebildetes Antriebselement 4 axial bewegbar ge
führt aufnimmt. An dem Antriebselement 4 ist ein beim Aus
führungsbeispiel von einer Kolbenstange gebildetes stangen
förmiges Übertragungselement 5 fest angebracht, welches den
Gehäuseraum 3 koaxial durchzieht und wenigstens eine (6′)
der beiden stirnseitigen Abschlußwände 6, 6′ des Gehäuses 2
nach außen hin durchsetzt. In der entsprechenden Durchbrech
ung der Abschlußwand 6′ ist in an sich bekannter Weise eine
Führungs- und/oder Dichtungsanordnung 7 für das Übertragungs
element 5 angeordnet.
An dem Antriebselement 4 ist eine Dichtungsanordnung 8 vorge
sehen, die mit der radial orientierten Innenumfangsfläche 12
des Gehäuseraumes 3 dichtend zusammenarbeitet. Auf diese
Weise ist der Gehäuseraum 3 axial in zwei beidseits des An
triebselements 4 angeordnete Arbeitsräume 10, 11 unterteilt,
die mit in dem Gehäuse 2 verlaufenden Druckmittelkanälen 13
kommunizieren, um durch Zufuhr bzw. Abfuhr von Druckmittel
eine gewünschte Bewegung des Antriebselements 4 in Richtung
der Längsachse 14 des Gehäuseraumes 3 zu verursachen.
Der Linearantrieb 1 kann prinzipiell auch kolbenstangenlos
ausgebildet sein, wobei dann andere Übertragungselemente vor
gesehen sind, um eine Bewegungskopplung zwischen dem Antriebs
element 4 und einer außerhalb des Gehäuseraumes 3 angeordneten
Kraftabnahme herzustellen.
Das Gehäuse 2 des Linearantriebes 1 hat im Querschnitt ge
sehen zweckmäßigerweise eine rechteckige Außenkontur, wie dies
aus Fig. 2 hervorgeht. Die Innenkontur des Gehäuseraumes 3 und
entsprechend die Außenkontur des Antriebselements 4 ist an sich
beliebig, kann beispielsweise oval sein und ist vorzugsweise
wie abgebildet kreisförmig.
Der Linearantrieb 1 ist mit einer allgemein mit 15 bezeichneten
Positionserfassungsvorrichtung ausgestattet. Diese ermöglicht
eine Bestimmung der momentanen Axialposition des Antriebs
elements 4, um auf diese Weise z. B. eine Folgesteuerung weiterer
Einrichtungen zu ermöglichen. Mit Hilfe der Positionserfas
sungsvorrichtung 15 läßt sich jederzeit die aktuelle Posi
tion des Antriebselements 4 mit Bezug zum Gehäuse 2 erfassen.
Gewährleistet wird diese Erfassungsmöglichkeit durch die be
sondere Ausgestaltung der Positionserfassungsvorrichtung, die
praktisch ein Ultraschallwegmeßsystem darstellt. Solche Weg
meßsysteme sind als solches schon sehr lange Stand der Technik,
eine ausführliche Beschreibung findet sich beispielsweise in
der US 3 898 555. Abgesehen von der Anordnung und Ausgestal
tung der noch zu erläuternden und zur Abtastung dienenden Ma
gnetanordnung kann die erfindungsgemäße Positionserfassungsvor
richtung 15 den gleichen Aufbau wie die in der US 3 898 555
beschriebene haben. Eine detaillierte Erläuterung erübrigt
sich daher an dieser Stelle, man kann sich auf die Grundlagen
beschränken.
Die beispielsgemäße Positionserfassungsvorrichtung 15 verfügt
über eine insgesamt stabähnliche Sensoreinrichtung 16, die im
Bereich radial außerhalb des Gehäuseraumes 3 am Gehäuse 2 fest
gelegt ist. Sie ist so ausgerichtet, daß ihre Längsachse 17
zu derjenigen (14) des Gehäuseraumes 3 parallel verläuft. Sie er
streckt sich über die gesamte Hublänge des Antriebselements 4
und daher vorzugsweise zumindest über die gesamte Länge des Ge
häuseraumes 3, den sie radial außen flankiert. Wie in Fig. 2
angedeutet, umfaßt die Sensoreinrichtung 16 ein rohrförmiges
Teil, den sogenannten Schallwellenleiter 18, der aus magneto
striktivem Material besteht. Es handelt sich also um einen
Stoff, der unter Einfluß eines Magnetfeldes z. B. eine Quer
schnitts- und Längenänderung erfährt und insbesondere ferro
magnetisch ist. Seine Längsachse fällt mit der Längsachse 17
zusammen. Konzentrisch innerhalb des röhrchenförmigen Schall
wellenleiters 18 erstreckt sich ein z. B. von einem Draht ge
bildeter elektrischer Leiter 22. Radial außerhalb des Schall
wellenleiters 18 ist zweckmäßigerweise noch ein zu letzterem
koaxial angeordnetes und insbesondere ebenfalls rohrförmiges
Schutzgehäuse 23 vorgesehen, welches unmagnetisch ist und vor
zugsweise aus Kunststoffmaterial besteht. Es schützt die aus
Schallwellenleiter 18 und elektrischem Leiter 22 bestehende
Einheit vor Beschädigungen. Der radiale Spalt zwischen dem
Schallwellenleiter 18 und dem diesen konzentrisch umgebenden
Schutzgehäuse 23 kann mittels Querstegen 24 überbrückt sein,
die eine exakte Zentrierung in dem Schutzgehäuse 23 bewirken.
An dem einen stirnseitigen Endbereich der Sensoreinrichtung 16
ist eine gestrichelt angedeutete Dämpfungsstrecke 25 für Schall
wellen angeordnet. Die entgegengesetzte axiale Stirnseite der
Sensoreinrichtung 16 steht mit einer Auswerteeinrichtung 26 in
Verbindung.
Zur Positionserfassungsvorrichtung 15 gehört des weiteren eine
sich im Gehäuseraum 3 befindende Magnetanordnung 27, die mit
dem Antriebselement 4 mitbewegbar verbunden und insbesondere
unmittelbar an dem Antriebselement angebracht ist. Sie dient
als Indikator der Sensoreinrichtung 16 und liefert zusammen
mit dem Stromimpuls das den Wiedemanneffekt hervorrufende
Magnetfeld, von dem in Fig. 3 eine Feldlinie 32 repräsentativ
angedeutet ist. Das Magnetfeld der Magnetanordnung 27 strahlt
radial nach außen ab und durchsetzt dabei den Schallwellenleiter
18. Die Position dieses Durchsetzungsbereiches 29 verlagert
sich axial entsprechend der axialen Verlagerung des Antriebsele
ments 4.
Im Betrieb wird von der Auswerteeinrichtung 26 ein Stromimpuls
durch den elektrischen Leiter 22 hindurchgeschickt. Er erzeugt
ein mit nahezu Lichtgeschwindigkeit axial wanderndes zirkulares
Magnetfeld, das auch in dem Schallwellenleiter 18 verläuft. Er
reicht dieses Magnetfeld den erwähnten Durchsetzungsbereich 29,
erzeugt die Überlagerung des zirkularen Magnetfeldes des Stromes
und des Feldes der permantentmagnetischen Magnetanordnung 27 in
dem Durchsetzungsbereich infolge Magnetostriktion eine mecha
nische Verspannung des Schallwellenleiters 18. Dieser Effekt ist
als Wiedemann-Effekt bekannt. Als Resultat wird auf dem Schall
wellenleiter eine Torsionswelle ausgelöst, die den Schallwellen
leiter mit Schallgeschwindigkeit durchläuft, und zwar ausgehend
vom Durchsetzungsbereich 29 in beide axiale Richtungen. Die eine
Torsionswelle wird in der Dämpfungsstrecke 25 bis auf ein erträg
liches Maß gedämpft (Echosignal wird verringert). Die andere
läuft in Richtung zur Auswerteinrichtung 26 und wird am Ende des
Schallwellenleiters 18 in einem Wandler, wie er beispielsweise
in der US 3 898 555 beschrieben ist, in einen Stromimpuls umge
wandelt. Aus einer in der Auswerteeinrichtung 26 erfolgenden
Zeitmessung zwischen der Startzeit des Eingangs-Stromimpulses
und dem Eintreffzeitpunkt des resultierenden Ausgangs-Stromimpulses
läßt sich die Position der Magnetanordnung 27 und damit diejenige
des Antriebselementes 4 und einer gegebenenfalls an dem Über
tragungselement 5 angebrachten und zu bewegenden Last bestimmen.
Die beim Ausführungsbeispiel vorhandene und bevorzugt ver
wendete Magnetanordnung 27 umfaßt ein einziges permanent
magnetisches ringförmiges Magnetteil 33 sowie ein einziges,
aus ferromagnetischem Material bestehendes ringförmiges Pol
teil 34, das an einer Axialseite des Magnetteils 33 ange
ordnet ist. Das ringförmige Magnetteil 33 ist axial polari
siert, so daß seine beiden in Axialrichtung weisenden Stirn
flächen zwei Polflächen 35, 36 mit entgegengesetzter Polari
sierung bilden. Die Polflächen 35, 36 verlaufen also jeweils
in einer Ebene rechtwinkelig zur Längsachse 14. Das Polteil 34
ist koaxial mit Bezug zum Magnetteil 33 angeordnet, wobei seine
eine axiale Stirnfläche 37 der einen Polfläche 35 zugewandt ist,
bevorzugt liegt die Stirnfläche 37 an der zugewandten Polfläche
35 ohne Zwischenraum unmittelbar an.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Polteil 34 an der
jenigen Polfläche 35 anzuordnen, an der sich der Nordpol N des
ringförmigen dauermagnetischen Magnetteils 33 befindet.
Die Magnetanordnung 27 ist zweckmäßigerweise insgesamt eine
kreiszylindrische Anordnung, wobei das Magnetteil 33 und das
Polteil 34 jeweils einen kreisförmig konturierten Außenumfang
besitzen, wobei die Außendurchmesser beider Teile vorzugsweise
identisch sind. Die Magnetanordnung 27 ist im übrigen auch vor
zugsweise koaxial mit Bezug zum Gehäuseraum 3 angeordnet, so
daß ihre Längsachse mit der Längsachse 14 zusammenfällt.
Aus der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 3 ist zu entnehmen,
daß die Feldlinien 32 des von dem Magnetteil 33 erzeugten
Magnetfeldes durch das anschließende Polteil 34 einseitig radial
nach außen gelenkt werden und dabei im Bereich des radialen Außen
umfanges des Polteils 34 im wesentlichen senkrecht zu der Außen
umfangsfläche des Polteils 34 gerichtet sein können. Dadurch
treten die Feldlinien 32 an der radial gegenüberliegenden
Stelle der Sensoreinrichtung 16 relativ steil in den Schall
wellenleiter ein. Auch die Feldliniendichte ist dort relativ
hoch. Im Gegensatz dazu erfolgt der Eintritt der von der ent
gegengesetzten polteillosen Polfläche 36 ausgehenden Feld
linienabschnitte erheblich weniger steil und relativ spitz
winkelig mit Bezug zur Längsachse 17, so daß sich insgesamt
ein sehr ausgeprägter Feldlinienverlauf einstellt, der ein
zuverlässig erfaßbares Schallwellensignal erzeugt. Die Posi
tionsbestimmung kann sehr exakt erfolgen, da die Genauigkeit
von eventuellen Abstandsschwankungen zwischen der Magnetan
ordnung und dem Schallwellenleiter kaum beeinträchtigt wird.
Durch das vorgeschaltete Polteil 34 ist also die Möglichkeit
gegeben, den Feldlinienverlauf zu beeinflussen und dem Bedarf
entsprechend auszurichten. Variationsmöglichkeiten sind bei
spielsweise Dicke, Durchmesser oder Materialauswahl des Pol
teils. Man hat auf diese Weise die Möglichkeit, die Anpas
sung der Magnetanordnung an die unterschiedlichen Gegeben
heiten des jeweiligen Linearantriebes über die geeignete Aus
wahl des Polteils vorzunehmen, das sich relativ kostengünstig
herstellen läßt, wobei man als Magnetteil auf Standardteile
zurückgreift, die man nicht von Fall zu Fall in spezieller
Ausgestaltung anfertigen muß.
Eine ebenfalls vorteilhaft arbeitende Variante der Magnetan
ordnung 27 ist noch in Fig. 3 angedeutet. Bei dieser Variante
ist zusätzlich ein zweites ringförmiges und dauermagnetisches
Magnetteil 33′ vorgesehen (strichpunktiert eingezeichnet),
das sich an der der axialen Stirnfläche 37 axial entgegen
gesetzten Stirnfläche 37′ des Polteils 34 befindet. Das Polteil
34 ist dadurch axial beidseits von jeweils einem Magnetteil 33,
33′ flankiert, die vorzugsweise so ausgerichtet sind, daß ihre
Polflächen mit gleichnamiger Polarisierung einander zugewandt
sind. Beispielsgemäß wird das Polteil 34 beidseits unmittelbar
von Nordpolflächen flankiert.
Das Polteil und ein jeweiliges Magnetteil sind beim Ausführungs
beispiel jeweils einstückig ausgebildet. Es versteht sich je
doch, daß jeweils auch eine mehrteilige Ausführungsform möglich
ist, beispielsweise indem relativ dünne lamellenartige Teile
aufeinandergeschichtet werden.
Des weiteren kann es sich bei den vorhandenen Pol- und Magnet
teilen 34, 33, 33′ von Fall zu Fall auch um ungelochte Scheiben
teile handeln, auch Kombinationen von Ring- und Scheibenteilen
sind möglich. Die Ringgestalt, die man je nach den Gegebenheiten
auch als Lochscheibengestalt bezeichnen könnte, hat im vor
liegenden Falle unter anderem den Vorteil einer einfachen Zen
trierung und Lagerung am Antriebselement 4.
Das Antriebselement 4 selbst besteht aus unmagnetischem, nicht
magnetisierbarem Material wie Aluminium oder Kunststoff. Auch
das Übertragungselement 5 sollte möglichst nicht oder nur ge
ring magnetisierbar sein. Die Magnetanordnung 27 ist beim Aus
führungsbeispiel vollständig in das Antriebselement 4 einge
bettet und allseits von diesem umschlossen. Einerseits ist die
Magnetanordnung dadurch gut geschützt, andererseits wird ver
hindert, daß eventuelle metallische Partikel der Magnetanord
nung auf die die Lauffläche für das Antriebselement 4 bildende
Innenumfangsfläche 12 gelangen und einen Verschleiß verur
sachen.
Das Antriebselement 4 umfaßt vorliegend zwei axial aufeinander
folgend angeordnete Bestandteile bzw. Kolbenteile 38, 38′, die
fest zusammengehalten werden. Im Innern des Antriebselements 4
befindet sich ein Aufnahmeraum 39, in dem die Magnetanordnung
27 angeordnet ist, die koaxial auf einen Endabschnitt 40 des
Übertragungselements 5 aufgeschoben ist. Im getrennten Zustand
der beiden Bestandteile 38 ist der Aufnahmeraum 39 zur Mon
tage oder Demontage der Magnetanordnung 27 offen. Den Zusammen
halt der Anordnung gewährleistet ein endseitig auf das Übertragungselement
5 aufgeschraubtes Befestigungselement 45, das
die Gesamtanordnung des Antriebselements 4 gegen eine Ring
stufe 41 des Übertragungselements 5 spannt.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß im Falle einer Magnet
anordnung 27 mit wie vorliegend einem einzigen Polteil 34
letzteres axial mittig im Antriebselement 4 angeordnet ist.
Im Bereich der Trennstelle zwischen den beiden Bestandteilen
38 kann am Außenumfang des Antriebselements 4 ein Gleitring 45
vorgesehen sein, der für eine relativ verschleißfreie Zu
sammenarbeit mit der Innenumfangsfläche 12 sorgt.
Ein weiterer Vorteil der beispielsgemäßen Positionserfassungs
vorrichtung 15 ergibt sich aus der Art der Anbringung der stab-
oder stangenähnlichen Sensoreinrichtung 16. Es sind Maßnahmen
getroffen, die dafür sorgen, daß die Sensoreinrichtung 16 nur
in vorbestimmten Ausrichtungen mit Bezug zum Gehäuseraum 3 ange
ordnet werden kann, so daß bei der Erstmontage und auch im
Falle eines notwendig gewordenen Austausches keine problema
tischen Justieraufgaben zu bewältigen sind. Diese nachfolgend
beschriebenen Maßnahmen sind bei der zuvor erläuterten bei
spielsgemäßen Magnetanordnung 27 besonders vorteilhaft, doch
lassen sie sich auch im Zusammenhang mit jedweder sonstigen
Ausgestaltung der Magnetanordnung 27 einsetzen.
Die erwähnten Maßnahmen bestehen im wesentlichen darin, daß die
Sensoreinrichtung nicht am Außenumfang des Gehäuses 2 ange
ordnet, sondern in einer kanalähnlich ausgebildeten Aufnahme
46 aufgenommen ist, die in die Wand 47 des Gehäuses 2 inte
griert ist. Die Aufnahme 46 befindet sich also innerhalb der
Gehäusewand 47 des Linearantriebes 1, so daß sich eine starre,
unveränderliche Zuordnung zu dem das Antriebselement 4 mit der
Magnetanordnung 27 aufnehmenden Gehäuseraum 3 ergibt. Die
Querschnittskontur der Aufnahme 46 ist an diejenige der
Sensoreinrichtung 16 - vorliegend an diejenige des Schutz
gehäuses 23 - angepaßt, so daß die Sensoreinrichtung 16 in
Querrichtung der Aufnahme 46 praktisch spielfrei aufgenommen ist.
Um dies zu gewährleisten, ist es am einfachsten, die Konturen
der Aufnahme 46 und der Sensoreinrichtung 16 komplementär zu
einander auszubilden. Wird die Sensoreinrichtung 16 in die Auf
nahme 46 eingesteckt, ergibt sich somit automatisch der vorbe
stimmte und gewünschte Radialabstand zur Magnetanordnung 27.
Es versteht sich, daß die Sensoreinrichtung 16 zweckmäßiger
weise lösbar in die zugeordnete Aufnahme 46 einsteckbar ist.
Daher ist die Aufnahme 46 beim Ausführungsbeispiel im Bereich
zumindest einer Stirnseite offen, wobei die Öffnung eine Ein
stecköffnung 48 bildet, über die die Steckmontage oder die Ent
nahme der Sensoreinrichtung 16 erfolgt. An der entgegenge
setzten Stirnseite kann die Aufnahme 46 wie abgebildet ge
schlossen sein.
Um auch eine stets reproduzierbare Einstecktiefe der Sensor
einrichtung 16 zu gewährleisten, sind vorzugsweise zusätz
liche Begrenzungsmittel 49 vorgesehen, die die Einstecktiefe
vorgeben. Sie sind beispielsgemäß gebildet von einer neben
der Einstecköffnung 48 angeordneten gehäusefesten Fläche 50
und einer mit dieser zusammenarbeitenden Bauteilfläche 51
der Auswerteeinrichtung 26, die in axial starrer Verbindung
mit der Sensoreinrichtung 16 steht. Besagte Fläche 50 kann
insbesondere eine dem Gehäuseraum 3 axial entgegengesetzte
Stirnfläche des Gehäuses 2 und insbesondere der zugeordneten
Abschlußwand 6 sein, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall
ist. Hier befindet sich auch die Einstecköffnung 48 an besagter
Stirnfläche der Abschlußwand 6. Diese Abschlußwand 6 ist zweck
mäßigerweise diejenige, die vom Übertragungselement 5 nicht
durchsetzt wird. Auch im Einsatz des Linearantriebes 1 ist
daher ein ungefährliches Auswechseln der Sensoreinrichtung 16
möglich, da nur an der Rückseite des Linearantriebes 1 zu mani
pulieren ist.
Die stirnseitig an das Gehäuse 2 anschließende Auswerteeinrich
tung 26 ist zweckmäßigerweise in einem Schutzraum 52 unterge
bracht, der sich beispielsgemäß vollständig in einem Schutzge
häuse 53 befindet, das stirnseitig an das Gehäuse 2 insbesondere
lösbar angesetzt ist. Die äußere Querschnittskontur des Schutz
gehäuses 53 stimmt vorzugsweise mit derjenigen des Gehäuses 2
zusammen, so daß sich durchgehend eine einheitliche Kontur ein
stellt.
Zum Anschluß an eine Stromversorgung oder eine weitere über-
oder nebengeordnete Auswerteeinheit verfügt das Schutzgehäuse
53 über eine Wanddurchbrechung 54, die die Durchführung eines
mit der Auswerteeinrichtung 26 verbundenen Kabels 55 gestattet.
An Stelle des direkten Kabelanschlusses kann vorzugsweise auch
eine lösbare Steckverbindung erfolgen. So kann z. B. eine
erste Leitungsanordnung zwischen der Auswerteeinrichtung 26
und einer am Schutzgehäuse 53 vorgesehenen internen Steckver
bindungseinrichtung vorgesehen sein, die ihrerseits mit einer
weiteren externen Leitungsanordnung lösbar verbindbar ist,
welche zu der Auswerteeinheit geführt werden kann. Jede Leitungs
anordnung kann als flexibles Kabel ausgeführt sein.
Das Gehäuse 3 ist vorzugsweise als Strangpreßteil ausgebildet,
in das bei der Fertigung die Aufnahme 46 unmittelbar eingeformt
wird. Bevorzugt handelt es sich um ein Aluminium-Strangpreß
profilteil. Auf diese Weise erübrigt sich eine aufwendige Nach
arbeit, z. B. Tieflochbohren. Auch kann man auf diese Weise
noch andere erforderliche Kanäle mit einbringen.
Claims (13)
1. Auf Ultraschallbasis arbeitende Positionserfassungsvor
richtung (15) an einem Linearantrieb (1), zur Erfassung der
Axialposition eines im Gehäuse (2) eines Linearantriebes (1)
axial beweglich angeordneten Antriebselementes (4), mit einer
im radialen Umfangsbereich des Antriebselementes (4) gehäusefest
angeordneten Sensoreinrichtung (16), die einen sich in Längs
richtung des Gehäuses (2) erstreckenden Schallwellenleiter
(18) aus für Magnetostriktion geeignetem Material aufweist,
der mit einer Auswerteeinrichtung (26) kommuniziert, und mit
einer einen Permanentmagneten enthaltenden Magnetanordnung
(27), die innerhalb des Gehäuses (2) derart mit dem Antriebs
element (4) verbunden ist, daß ihr Magnetfeld (32) auf den
momentan radial benachbarten Bereich des Schallwellenleiters
(18) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet
der Magnetanordnung (27) als axial polarisiertes, ring- oder
scheibenförmiges Magnetteil (33) ausgebildet ist, das so mit
dem Antriebselement (4) verbunden ist, daß seine beiden Pol
flächen (35, 36) axial ausgerichtet sind, und daß die Magnet
anordnung (27) ferner ein koaxial neben einer der Polflächen
(35) des Magnetteils (33) angeordnetes, ring- oder scheiben
förmiges Polteil (34) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Polteil (34) der Magnetanordnung (27) koaxial beidseits
von einem jeweils axial polarisierten ring- oder scheibenförmigen
permanentmagnetischen Magnetteil (33, 33′) flankiert ist,
wobei die beiden Magnetteile (33, 33′) so angeordnet sind, daß
ihre Polflächen mit gleichnamiger Polarisierung einander zugewandt
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polteil (34) auf der Seite der Nordpolfläche (35)
eines jeweiligen Magnetteils (33, 33′) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (27) zumindest teil
weise in das Antriebselement (4) eingebettet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetanordnung (27) vollständig von dem Antriebselement
(4) umschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebselement (4) zwei axial aufeinanderfolgend
angeordnete Bestandteile (38) hat, die einen Aufnahmeraum (39)
begrenzen, der die Magnetanordnung (27) aufnimmt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die ring- oder scheibenförmigen Teile (33,
33′, 34) der Magnetanordnung (27) unmittelbar aneinander an
liegen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Linearantrieb (1) ein Arbeitszylinder
und das Antriebselement (4) dessen Kolben ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die längsseits neben dem das Antriebselement
(4) aufnehmenden Gehäuseraum (3) angeordnete Sensoreinrichtung
(16) in einer in die Wand (47) des Gehäuses (2) des Linearan
triebes (1) integrierten und parallele zur Gehäuselängsachse
(14) verlaufenden kanalartigen Aufnahme (46) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (3) als Strangpreßprofilteil ausgebildet ist,
das vorzugsweise aus Aluminiummaterial besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die kanalartige Aufnahme (46) an wenigstens
einer Stirnseite unter Bildung einer Einstecköffnung (48) für
die Sensoreinrichtung (16) offen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (26) in einem sich
axial an die kanalartige Aufnahme (46) anschließenden Schutz
raum (52) untergebracht ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Schutzraum (52) zumindest teilweise in einem
axial an das Gehäuse (2) des Linearantriebes (1) angesetzten
Schutzgehäuse (53) befindet.
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